Validation fonctionnelle d'approches nutritionnelles à allégation "Bien veillir", capables de prévenir le vieillissement cérébral et les maladies neurodégénératives

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Submitted on 29 Mar 2018

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Validation fonctionnelle d’approches nutritionnelles à allégation ”Bien veillir”, capables de prévenir le

vieillissement cérébral et les maladies neurodégénératives

Ahmad Allouche

To cite this version:

Ahmad Allouche. Validation fonctionnelle d’approches nutritionnelles à allégation ”Bien veillir”, ca-

pables de prévenir le vieillissement cérébral et les maladies neurodégénératives. Médecine humaine et

pathologie. Université de Lorraine, 2012. Français. �NNT : 2012LORR0316�. �tel-01749476�

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UNIVERSITÉ DE LORRAINE

ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’AGRONOMIE ET D’INDUSTRIES ALIMENTAIRES

École doctorale « Ressources, Procédés, Produits, Environnement »

Thèse préparée par

M. Ahmad ALLOUCHE

Laboratoire Lipidomix (EA4422), ENSAIA

sur le sujet

VALIDATION FONCTIONNELLE D’APPROCHES NUTRITIONNELLES À ALLÉGATION « BIEN VIEILLIR »,

CAPABLES DE PRÉVENIR LE VIEILLISSEMENT CÉRÉBRAL ET LES MALADIES NEURODÉGÉNÉRATIVES

pour l’obtention du titre de Docteur en Sciences

Spécialité « Procédés Biotechnologiques et Alimentaires »

Thèse soutenue publiquement à Nancy, Université de Lorraine, le 13 décembre 2012, devant le jury composé de :

Rapporteurs

. Mme Bernadette ALLINQUANT, Directrice de recherche à l’INSERM, Paris

. M. Mustapha CHERKAOUI-MALKI, Professeur à l’Université de Bourgogne, Dijon Membres du jury

. M. Paul HEUSCHLING, Professeur à l’Université de Luxembourg (L) . M. Michel FICK, Professeur à l’Université de Lorraine, Vandoeuvre-lès-Nancy

. Mme Amélie DHAUSSY, Ingénieure Agronome, Société Lesieur SAS, Asnières-sur-Seine

. M. Thierry OSTER, Maître de conférences HDR à l’Université de Lorraine

À mon espoir Imane,

Un rayon de soleil qui illumine ma vie un peu plus chaque jour !

À mon petit prince … Omar !

À toute ma famille et mes amis !

REMERCIEMENTS

Ces quelques pages introduisent ce manuscrit, bien qu’elles signent pour moi la fin de sa rédaction. Ce mémoire met fin à l’aventure que j’ai débutée il y a quatre ans, mais ce n'est que le début d’un long chemin scientifique à parcourir avant d'atteindre un niveau satisfaisant.

Et c’est avec beaucoup d’émotion que je tiens à présenter ma profonde gratitude à mon directeur de thèse, Dr Thierry OSTER, maître de conférences HDR à l’Université de Lorraine, qui m’a apporté énormément sur le plan scientifique et sur le plan humain. Les mots me manquent vraiment pour t’exprimer mon immense reconnaissance et il est irréaliste de penser que quelques lignes suffiront ! Merci Thierry de m’avoir encadré, accordé tant de temps et donné des idées constructives et si précieux conseils. Tu as toujours été juste et encourageant, et si je sors aujourd’hui grandi de cette expérience, c’est principalement grâce à toi.

J’aimerais remercier aussi les Dr Frances YEN-POTIN et Thierry PILLOT, directeurs du laboratoire LIPIDOMIX (Lipides et Neurodégénérescence dans la maladie d'Alzheimer, EA 4422), qui m’ont ouvert les portes de leur laboratoire pour m’initier au monde merveilleux de la recherche, un univers complexe mais très passionnant. Ils m’ont permis de vivre une expérience très enrichissante, même si tout n’a pas toujours été facile. Je voudrais leur adresser ma plus profonde reconnaissance et leur dire toute mon admiration pour leurs valeurs tant humaines que professionnelles.

J’adresse mes vifs remerciements au Dr Bernadette ALLINQUANT et au Pr. Mustapha CHERKAOUI MALKI pour avoir accepté d’être rapporteurs de cette thèse. Je les remercie pour le temps qu’ils ont consacré pour juger ce travail et pour l’honneur qu’ils me font d’évaluer ce travail. Je remercie aussi le Pr.

Paul HEUSCHLING et Mme Amélie DHAUSSY pour avoir accepté de juger ce travail en tant qu’examinateur. Je tiens à vous exprimer ma respectueuse considération et ma sincère gratitude. Votre examen de cette thèse et des travaux qui y sont présentés sera un privilège.

Je souhaite également remercier sincèrement le Pr. Michel FICK, le directeur de l’ENSAIA, pour deux

raisons essentielles : m’avoir fait l’honneur d’accepter de participer au jury de ma thèse, et surtout pour son

aide précieuse. C’est grâce à lui et au Pr. François LAURENT, le président de l’INPL, que j’ai pu poursuivre

mes études supérieures en France et découvrir la culture française.

Je souhaite adresser un chaleureux remerciement au Ministère de l’Enseignement Supérieur de la République Arabe Syrienne et à l’Université de Damas pour leur soutien financier. Je tiens également à remercier tous les membres du département de biologie animale à l’Université de Damas, tout particulièrement les Dr Moustapha BASSAL et Georges DIB pour leur soutien indéfectible et leurs conseils et encouragements tout au long de ma thèse.

Mes remerciements vont également à l’ensemble des membres du laboratoire LIPIDOMIX que j’ai eu l’honneur de rencontrer au cours de cette thèse, particulièrement les Dr Catherine MALAPLATE- ARMAND, Marie-Claire LANHERS et Lynn PAURON, ainsi que les Pr. Jean Luc OLIVIER et Catherine CORBIER pour leurs encouragements, leurs conseils, et nos échanges scientifiques qui m’ont largement inspiré et m’inspireront encore.

Un très grand merci à Violette KOZIEL qui m’a enseigné les différentes techniques et m’a donné de précieux conseils, notamment pour la culture primaire. Je te remercie pour ta gentillesse, ton soutien, ta bonté, ta patience et ta sincérité. Un grand merci aussi à Marie-Christine ESCANYÉ du service de biochimie de l’hôpital central (CHRU Nancy), pour la qualité de ses analyses sur les acides gras et le glutathion.

Un merci tout spécial aussi au Dr Ihsen YOUSSEF pour sa précieuse contribution à ce travail en réalisant les très nombreuses injections intracrâniennes. Il me tient très sincèrement à remercier de tout mon cœur les anciens et nouveaux membres du laboratoire pour les merveilleux moments passés ensemble, tout particulièrement Laurent, Nicolas, Dorine, Annabelle, Sophie, Mélanie, Lyse, Julie, Anthony, Hamed, Samina, Nazir, Cédric, Marine, Christophe, Pierre et Delphine. Merci à tous pour votre bonne humeur, même dans les moments difficiles. Cette thèse n’aurait pas été une si belle aventure sans vous. Ces quelques années sont pour moi inoubliables.

Je n’oublie pas de remercier le Dr Sabrina FLORENT-BÉCHARD qui m’a énormément aidé, par son expérience, sa disponibilité et son enthousiasme, dans les premiers pas de la vie d'un jeune chercheur et ensuite pendant ma première année de thèse. C’est toujours agréable et un vrai plaisir de travailler avec toi, Sabrina !

Merci également à Ève CADORET qui m’a beaucoup aidé à maitriser la langue français !

Cette thèse n’aurait jamais été la même sans le soutien de ma famille. Je pense très particulièrement à mes Parents pour leur amour, leur soutien et pour tout ce qu’ils ont fait pour moi. Ce travail représente peu, comparé aux lourds sacrifices que vous avez consentis pour moi. Je vous en serais éternellement redevable.

Votre absence à ma soutenance me manquera. Je n’oublie pas également mes frères et sœurs.

Je tiens à remercier ma belle famille qui a toujours été présente lorsque j’en ai eu besoin (malgré la distance). Merci Saïd, Fatinah et Sami pour vos encouragements, votre soutien et votre amour durant tout ce temps. Vous êtes beaucoup plus qu’une belle famille !

J’adresse mes remerciements à toute la famille un peu plus éloignée, oncles, tantes, cousins et cousines, avec une dédicace particulière à Nabile, Ayman, Mahmoud, et Osama. Je tiens également à remercier chaleureusement mes nombreux amis !

Imane, si ces années d’études ont été aussi plaisantes, c’est sans aucun doute grâce à toi. Ton réconfort, ton soutien et ton amour apaisent tous mes mots. Tu es pour moi une source continuelle d’inspiration, de sagesse et d’amour. Chaque jour, tu m’aides à être meilleur et je ne serai pas là où j’en suis sans toi…

Merci du fond du cœur d’avoir accepté avec sourire les rentrées tardives ou les passages au labo le week-end, et merci d’avoir soigneusement relu ce manuscrit. La poursuite de ma carrière nous emmènera sous d’autres cieux, mais avec toi, seul le bonheur est à attendre.

Aujourd’hui, avec la présence de notre petit prince Omar, nous nous laissons emporter dans une nouvelle aventure qui sera pleine de joie et d’amour. Je t’aime,

Enfin, merci à tous ceux que je n’ai pas cités et qui pourtant devraient être ici aussi…

TABLE DES MATIÈRES

Page

REMERCIEMENTS ... 5

TABLE DES MATIÈRES ... 9

LISTE DES ILLUSTRATIONS ... 15

ABRÉVIATIONS ... 19

AVANT-PROPOS ... 21

INTRODUCTION GÉNÉRALE ... 23

SITUATION DU SUJET ... 25

A. Vieillissement cérébral normal ou pathologique ... 25

1. Définition et aspects biologiques ... 25

a. Les hypothèses génétiques ... 28

i. La théorie génétique...28

ii. La théorie de l’horloge biologique ...29

b. Les hypothèses stochastiques (aléatoires) ... 29

i. La théorie des radicaux libres (théorie mitochondriale) ...29

ii. La théorie de la glycation non enzymatique des protéines (cross-linking) ...30

iii.La théorie de la restriction énergétique (restriction diététique) ...31

2. Maladies liées au vieillissement ... 31

a. Le diabète insulinorésistant ... 31

b. Les cancers ... 32

c. Les maladies cardiovasculaires... 33

d. Les maladies neurodégénératives ... 34

i. La maladie d’Alzheimer ...34

ii. La maladie de Parkinson ...34

3. Facteurs de risque de vieillissement pathologique ... 35

a. Facteurs environnementaux : exposition à des toxiques ... 35

b. Alimentation et habitudes de vie ... 37

c. Stress oxydant ... 37

d. Traumatismes crâniens ... 41

e. Facteurs socio-économiques ... 42

f. Réserve cognitive : stimulation intellectuelle / niveau d’études ... 43

g. Activités physiques ... 45

4. Effets du vieillissement ... 47

a. Sur le métabolisme ... 47

i. Effets du vieillissement sur le métabolisme protéique ...47

i. Effets du vieillissement sur le métabolisme lipidique ...48

ii. Effets du vieillissement sur le métabolisme glucidique ...48

b. Sur le système nerveux central ... 49

c. Sur le système cardiovasculaire ... 52

i. Effets du vieillissement sur le cœur ...52

ii. Effets du vieillissement sur les vaisseaux...52

5. Vers un vieillissement réussi ... 53

B. La maladie d’Alzheimer ... 55

1. La maladie d’Alzheimer : un siècle déjà ... 55

2. Prévalence, incidence et impact socio-économique ... 56

3. Stades cliniques ... 57

4. Élements de diagnostic ... 59

a. Caractérisation post mortem des lésions microscopiques ... 59

i. Les neurodégénérescences neurofibrillaires...59

ii. La protéine Tau et son implication dans les neurofibrilles ...60

iii. Lésions amyloïdes...62

b. Diagnostic clinique ... 63

i. Évaluation neuropsychologique ...63

ii. Imagerie médicale ...65

iii. Marqueurs biologiques ...65

5. La protéine APP, précurseur du peptide amyloïde ... 66

a. Implication des sécrétases dans le clivage de la protéine APP ... 69

b. Localisation et fonction de la protéine APP et de ses dérivés ... 71

6. Les oligomères solubles de peptide Aβ ... 73

7. La toxicité des AβOs ... 74

a. Mécanismes de toxicité induits par les AβOs ... 75

i. Réponse inflammatoire et conséquences neurodégénératives ...75

ii. Stress oxydant ...76

iii. Synaptotoxicité ...77

b. Processus de fibrillogenèse... 77

8. Dégradation du peptide Aβ ... 78

9. Causes et facteurs de risques de la MA ... 80

a. Formes familiales de la MA ... 80

b. Formes sporadiques de la MA ... 80

c. Facteurs de risques ... 81

i. Les facteurs de risque non modifiables ...81

ii. Les facteurs de risque modifiables ...82

10. Modèles animaux de la MA ... 87

a. Les modèles animaux transgéniques ... 87

b. Les modèles d’injection intracérébrale du peptide Aβ ... 88

C. Vers une approche nutritionnelle préventive du vieillissement pathologique ... 89

1. Le cholestérol, un facteur de risque ... 89

a. Synthèse et métabolisme du cholestérol ... 89

i. Synthèse ...90

ii. Transport, stockage et élimination ...91

b. Localisation et trafic du cholestérol cellulaire ... 91

c. Cholestérol cérébral et susceptibilité à la MA ... 92

d. Taux de cholestérol chez les patients atteints de la MA ... 92

i. Dans le plasma sanguin ...92

ii. Dans le cerveau ...93

e. Modulation des taux de cholestérol : impact sur la MA ... 93

i. Méthyl-β–cyclodextrine ...93

ii. Statines ...94

iii. Acylcoenzyme A cholesterol acyltransférase (ACAT) ...94

iv. Cholestérol 24-hydroxylase ...94

2. Les acides gras polyinsaturés de la série n-3, des acides gras protecteurs ... 94

a. Caractéristiques structurales ... 95

b. Sources des AGPI ... 97

c. Recommandations pour l’apport en AGPI n-3... 99

d. Biodisponibilité des acides gras ... 99

i. Absorption intestinale ...99

ii. Distribution tissulaire ... 101

iii. Biodisponibilité ... 101

e. AGPI n-3 et cerveau : du normal au pathologique ... 104

i. AGPI à longue chaîne dans le cerveau ... 104

ii. Modulation de la composition cérébrale en DHA par le régime alimentaire ... 108

iii. Composition cérébrale en AG au cours du vieillissement normal ou pathologique ... 109

f. AGPI n-3 et protection contre le stress amyloïde et la MA ... 110

i. Propriétés anti-amyloïdogènes et promotion de la survie cellulaire ... 110

ii. Régulation de la plasticité synaptique et de la neurogenèse... 112

iii. Propriétés cardiovasculaires ... 113

iv. Propriétés anti-inflammatoires ... 114

v. Propriétés antioxydantes ... 116

vi. Régulation génique de la neuroinflammation et de la plasticité synaptique ... 117

vii. Contrôle de l’utilisation cérébrale du glucose ... 121

g. AGPI n-3 et déclin cognitif: études épidémiologiques ... 122

i. Statut sanguin en AGPI n-3 ... 122

ii. Consommation alimentaire en AGPI n-3 et déclin cognitif ... 123

3. Les polyphénols, des molécules naturelles d’intérêt thérapeutique ... 125

a. Définitions ... 125

b. Structure et classification ... 126

i. Les non flavonoïdes (acides phénoliques) ... 126

ii. Les flavonoïdes ... 128

c. Biodisponibilité ... 128

i. Métabolites circulants ... 129

ii. Concentrations plasmatiques ... 130

iii. Distribution dans les tissus et organes ... 130

iv. Voies d’élimination ... 130

d. Propriétés biologiques ... 131

i. Propriétés antioxydantes ... 131

ii. Mécanisme d’action des flavonoïdes contre les ERO ... 131

iii. Propriétés anti-inflammatoires ... 134

iv. Propriétés anti-apoptotiques ... 135

v. Propriétés anti-amyloïdes ... 135

vi. Propriétés neuroprotectrices ... 137

vii. Propriétés neurotrophiques ... 139

HYPOTHÈSES ET OBJECTIFS DU TRAVAIL ... 141

PROCÉDURES EXPÉRIMENTALES ... 145

A. Préparation des peptides ... 145

B. Animaux et conditions d’hébergement ... 145

C. Chirurgie stéréotaxique ... 145

1. Anesthésie ... 145

2. Injection intracérébrale ... 145

D. Analyses comportementales ... 146

1. Système de capture vidéo ... 146

2. Procédure standard d’évaluation des mémoires à court et à long terme ... 147

a. Étude de la mémoire spatiale à court terme ... 147

b. Étude de la mémoire spatiale à long terme ... 148

E. Mesure de la masse grasse ... 149

F. Échantillonnage ... 149

1. Dissections et prélèvements tissulaires ... 149

2. Préparation des synaptosomes ... 150

G. Prélèvements sanguins ... 150

H. Analyses biochimiques ... 150

1. Dosage des protéines ... 150

2. Immunoblot ... 150

a. Électrophorèse ... 150

b. Électrotransfert ... 151

c. Immunorévélation des protéines ... 151

3. Extraction des lipides cérébraux ... 151

4. Dosage des acides gras ... 151

5. Dosages biochimiques et immunochimiques ... 152

a. Glucose ... 152

b. Triglycérides ... 152

c. Cholestérol total ... 153

d. Cholestérol–HDL ... 153

e. Isoformes d’Aβ et marqueurs inflammatoires IL6 et TNFα ... 154

I. Dosage du glutathion sanguin ... 154

J. Cultures primaires de neurones corticaux embryonnaires de rat ... 155

K. Traitements des neurones en culture primaire ... 156

1. Traitements par le DHA ... 156

2. Traitements par les oligomères Aβ solubles... 157

L. Test d’activité mitochondriale au MTT ... 158

1. Principe ... 158

2. Protocole expérimental ... 158

M. Analyses statistiques ... 158

RÉSULTATS ET DISCUSSION ... 159

A. La supplémentation alimentaire en DHA protège contre le déclin cognitif et préserve les synapses chez les souris modèles de la maladie d’Alzheimer ...159

1. Introduction ... 159

2. Effets induits par le DHA alimentaire sur la cognition et l’intégrité synaptique chez la souris ... 160

a. Composition des régimes alimentaires ... 160

b. Paramètres biologiques (prise alimentaire, poids corporel)... 161

c. Paramètres plasmatiques (cholestérol, triglycérides, glucose) ... 163

d. Devenir des AGPI-LC n-3 et compositions érythrocytaires en acides gras ... 163

e. Stress amyloïde et capacités cognitives ... 164

f. Analyses biochimiques des structures cérébrales ... 168

i. Acides gras cérébraux ... 168

ii. Protéines synaptiques cérébrales ... 171

3. Étude préliminaire d’une association entre le DHA et l’alcool vanillique ... 177

a. Structure et propriétés neuroprotectrices et antioxydantes ... 178

b. Neuroprotection par l’ester vanillique de DHA contre le peptide Aβ ... 179

4. Conclusions ... 184

B. Prévenir la dyslipidémie par le DHA peut protéger contre le vieillissement et les pathologies associées (maladies cardiovasculaires, déclin cognitif, maladie d’Alzheimer) ...187

1. Introduction ... 187

2. Modèle d’étude et régimes administrés ... 189

3. Paramètres biologiques (prise alimentaire, poids corporel, masse grasse) ... 192

4. Paramètres métaboliques (cholestérol, triglycérides, glucose) ... 205

a. Cholestérolémie ... 205

b. Triglycéridémie ... 210

c. Glycémie ... 212

5. Compositions érythrocytaires en acides gras ... 214

6. Marqueurs sanguins de processus inflammatoires et pro-oxydants ... 222

7. Comportement et cognition ... 225

8. Stress amyloïde et capacités cognitives ... 231

a. Mémoire à court terme ... 232

b. Apprentissage ... 236

c. Mémoire à long terme ... 239

9. Analyses biochimiques des structures cérébrales ... 242

a. Acides gras cérébraux ... 243

b. Protéines synaptiques cérébrales ... 246

10. Conclusions ... 252

CONCLUSIONS GÉNÉRALES ET PERSPECTIVES ... 255

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 259

PUBLICATIONS ET COMMUNICATIONS ... 289

RÉSUMÉ - ABSTRACT ... 291

LISTE DES ILLUSTRATIONS

Page

Figure 1 : Augmentation du nombre de publications parues depuis 1985 ... 26

Figure 2 : Représentation des trois modes de vieillissement fonctionnel ... 26

Figure 3 : Évolution du diabète dans les pays industrialisés et en voie de développement... 32

Figure 4 : Causes de l’augmentation de l’incidence du cancer ... 32

Figure 5 : Prévalence des maladies cardiovasculaires chez les adultes selon l’âge et le sexe ... 33

Tableau 1 : Incidence de l’infarctus du myocarde ... 34

Tableau 2 : Prévalence de la maladie de Parkinson en France et aux États-Unis ... 35

Figure 6 : Formule chimique de base des PCB ... 36

Figure 7 : Principales étapes du métabolisme mitochondrial des ERO ... 39

Figure 8 : Évolution de l’oxydation des protéines du cerveau chez l’homme ... 41

Figure 9 : Influence de la classe sociale sur la santé physique et mentale au cours du vieillissement ... 43

Figure 10 : Hypothèses de la formation de réserve cognitive ... 44

Tableau 3 : Modification de la composition corporelle au cours du vieillissement chez l’homme ... 47

Figure 11 : Hypothèse « last in, first out » du vieillissement du cortex ... 50

Figure 12 : Épines dendritiques des neurones corticaux de primates non humains jeunes et âgés ... 51

Figure 13 : Modèle d’évolution de la physiopathologie de la maladie d’Alzheimer... 58

Figure 14 : Progression des symptômes de la maladie d’Alzheimer ... 58

Figure 15 : Plaques amyloïdes et dégénérescences neurofibrillaires, marqueurs histopathologiques de la MA ... 60

Figure 16 : Protéine tau & tauopathie ... 61

Figure 17 : Extension des dépôts amyloïdes ... 62

Figure 18 : Phases d’évolution des dépôts de peptide Aβ ... 62

Figure 19 : Analyse par TEP de la progression des dépôts de peptides Aβ ... 65

Figure 20 : Représentation schématique de l’APP695 humaine ... 67

Figure 21 : Schéma de l’action des sécrétases ... 68

Figure 22 : Représentation schématique du complexe γ-sécrétase ... 71

Figure 23 : Trafic intracellulaire de la protéine APP ... 71

Figure 24 : Mécanismes d’interaction d’AβOs avec la membrane neuronale ... 74

Figure 25 : Cascade de signalisation pro-apoptotique induite par les oligomères d’Aβ ... 76

Figure 26 : Processus de fibrillogenèse et formation des plaques séniles ... 78

Tableau 4 : Modèles d’injection de peptide Aβ soluble chez le rat ... 88

Tableau 5 : Modèles d’injection de peptide Aβ soluble chez la souris ... 89

Figure 27 : Représentation du cholestérol en structure plane ... 90

Figure 28 : Voie de synthèse du cholestérol ... 90

Figure 29 : Métabolisme, transport et internalisation du cholestérol dans le SNC ... 92

Tableau 6 : Principaux acides gras saturés présents dans les molécules biologiques ... 95

Tableau 7 : Principaux acides gras mono et polyinsaturés présents dans les composés biologiques ... 96

Figure 30 : Les esters d’acides gras... 97

Figure 31 : Voies de biosynthèse des acides gras polyinsaturés à longue chaîne ... 98

Figure 32 : Digestion et absorption des lipides alimentaires ... 100

Figure 33 : Proportions des acides gras dans les tissus humains d’adultes sous régime occidental ... 102

Figure 34 : Représentation de l’acide docosahexaénoïque ... 106

Figure 35 : Représentation schématique d’un radeau lipidique ... 107

Figure 36 : Voies de synthèse des eicosanoïdes et des docosanoïdes issues des AGPI-lc ... 115

Figure 37 : Modulation de l’expression des gènes par les AGPI n-3 ... 119

Figure 38 : Classification des polyphénols ... 127

Figure 39 : Principales classes de l’acide phénolique ... 127

Figure 40 : Structure de base des flavonoïdes ... 128

Figure 41 : Schéma général du métabolisme des polyphénols ... 129

Figure 42 : Piégeage des espèces radicalaires par les composés phénoliques ... 132

Figure 43 : Propriétés structurales associées à une activité antioxydante maximale des flavonoïdes ... 132

Figure 44 : Sites de chélation des ions métalliques sur la quercétine ... 133

Figure 45 : Inhibition de la formation des fibrilles Aβ par l’EGCG ... 137

Figure 46 : Propriétés anti-amyloïdes des polyphénols ... 137

Figure 47 : Capture d’écran du logiciel de capture vidéo ... 147

Figure 48 : Schéma du labyrinthe en Y pour l’évaluation de la mémoire à court terme ... 147

Figure 49 : Schéma du dispositif d’évaluation de la mémoire à long terme ... 148

Tableau 8 : Composition des différents milieux utilisés pour la culture primaire des neurones ... 155

Figure 50 : Évaluation in vitro du potentiel neuroprotecteur du DHA ... 156

Figure 51 : Programme nutritionnel de l’étude et suivi des souris ... 161

Figure 52 : Composition des régimes alimentaires ... 161

Figure 53 : Évolution de la masse corporelle durant le programme nutritionnel ... 162

Figure 54 : Bilans plasmatiques avant et à l’issue du régime alimentaire ... 163

Figure 56 : Évolution des taux de DHA, des ratios ARA/DHA et n-6/n-3 érythrocytaires selon le régime ... 164

Figure 57 : Évolution des teneurs érythrocytaires en AGMI et AGS selon le régime ... 164

Figure 58 : Scénario d’évaluation des capacités cognitives ... 165

Figure 59 : Protection de la mémoire à court terme par le DHA ... 165

Figure 60 : Préservation de l’apprentissage et de la mémoire spatiale par le DHA ... 166

Figure 61 : Protection de la mémoire à long terme par le DHA ... 167

Figure 62 : Influence des régimes sur les teneurs en AGPI dans différentes structures cérébrales ... 169

Figure 63 : Influence des régimes sur les teneurs cérébrales en AGMI et AGS ... 169

Figure 64 : Relations entre DHA hippocampique et capacités mnésiques... 170

Figure 65 : Corrélations entre les teneurs en AGPI érythrocytaires et cérébraux ... 171

Figure 66 : Effet du régime et du traitement sur les protéines synaptiques du cortex frontal ... 172

Figure 67 : Effet du régime et du traitement sur les protéines synaptiques hippocampique ... 173

Figure 68 : Préservation des récepteurs à tyrosine kinase hippocampiques ... 174

Figure 69 : Corrélations entre les marqueurs synaptiques hippocampiques ... 175

Figure 70 : Corrélations entre marqueurs synaptiques de l’hippocampe et capacités mnésiques ... 175

Figure 71 : Corrélations entre TrkB et marqueurs synaptiques hippocampiques ou capacités d’apprentissage ... 175

Figure 72 : Corrélations entre marqueurs synaptiques du cortex frontal et mémoire à court terme ... 176

Figure 73 : Influence des régimes sur les ratios d’AGPI n-6/n-3 érythrocytaire et cérébraux ... 177

Figure 74 : Structure chimique de l’alcool vanillique ... 178

Figure 75 : Réaction de synthèse enzymatique de l’ester vanillique de DHA ... 180

Figure 76 : Étude de la toxicité de l’ester DHA-VE sur les neurones corticaux en culture primaire ... 180

Figure 77 : Viabilité des neurones primaires cultivés dans les milieux conditionnés des cellules HEK293 ... 181

Figure 78 : Effets protecteurs de l’ester DHA-VE vis-à-vis de la neurotoxicité du peptide Aβ ... 182

Figure 79 : Effets protecteurs de l’ester DHA-VE sur la culture de neurones primaires ... 183

Figure 80 : Influence des régimes enrichis en esters de DHA sur les teneurs érythrocytaires en AGPI ... 184

Figure 81 : Programme nutritionnel de l’étude et suivi des souris ... 190

Tableau 9 : Composition des régimes administrés ... 190

Tableau 10 : Teneurs en acides gras dans les régimes et les huiles ... 192

Figure 82 : Suivi alimentaire durant le programme nutritionnel ... 193

Figure 83 : Consommation quotidienne moyenne selon les régimes ... 194

Figure 84 : Apport énergétique quotidien moyen selon les régimes ... 194

Tableau 11 : Évolution de la masse corporelle des souris (ANOVA à 2 facteurs) ... 195

Figure 85 : Évolution de la masse corporelle durant le programme nutritionnel ... 196

Figure 86 : Évolution de la variation de la masse corporelle selon les régimes ... 196

Figure 87 : Variations de la masse corporelle selon le régime et la période ... 197

Figure 88 : Évolution détaillée de la variation de la masse corporelle selon les régimes ... 198

Tableau 12 : Corrélation entre l’apport énergétique et la masse corporelle des souris ... 200

Figure 89 : Évolution détaillée de la variation de la masse corporelle des souris F et G ... 200

Tableau 13 : Évolution de la masse grasse des souris (ANOVA à 2 facteurs) ... 201

Figure 90 : Effets des régimes sur l’évolution de la masse grasse des souris ... 202

Figure 91 : Effets des régimes sur l’évolution de la masse grasse des souris ... 202

Figure 92 : Évolution de la masse grasse durant le programme nutritionnel ... 203

Figure 93 : Variations de la masse grasse selon le régime et la période ... 203

Tableau 14 : Évolution de la masse grasse et paramètres corrélés ... 204

Figure 94 : Influence de l’apport énergétique sur la masse grasse des souris ... 204

Tableau 15 : Évolution de la cholestérolémie (ANOVA à 2 facteurs) ... 205

Figure 95 : Évolution de la cholestérolémie durant le programme nutritionnel ... 206

Figure 96 : Variations de la cholestérolémie selon le régime et la période ... 206

Figure 97 : Distribution du cholestérol au terme du programme nutritionnel ... 208

Figure 98 : Distribution du cholestérol au terme du programme nutritionnel ... 209

Tableau 16 : Évolution de la triglycéridémie (ANOVA à 2 facteurs) ... 210

Figure 99 : Évolution de la triglycéridémie durant le programme nutritionnel ... 210

Figure 100 : Variations de la triglycéridémie selon le régime et la période ... 211

Tableau 17 : Évolution de la glycémie (ANOVA à 2 facteurs) ... 212

Figure 101 : Évolution de la glycémie durant le programme nutritionnel ... 213

Figure 102 : Variations de la glycémie selon le régime et la période ... 213

Tableau 18 : Corrélations identifiées entre les paramètres biologiques et métaboliques ... 214

Figure 103 : Évolution des taux de DHA érythrocytaire ... 215

Tableau 19 : Évolution des taux de DHA érythrocytaire (ANOVA à 2 facteurs) ... 215

Figure 104 : Évolution des taux de DHA érythrocytaire selon la période ... 216

Figure 105 : Variations des taux de DHA érythrocytaire selon le régime et la période ... 217

Figure 106 : Évolution du ratio des AGPI érythrocytaires ... 218

Figure 107 : Évolution des taux d’AGPI érythrocytaires selon la période ... 218

Tableau 20 : Évolution des taux d’AGPI érythrocytaires (ANOVA à 2 facteurs) ... 219

Figure 108 : Variations des taux d’AGPI érythrocytaires selon le régime et la période ... 219

Tableau 21 : Évolution des taux d’AGMI érythrocytaires (ANOVA à 2 facteurs) ... 219

Tableau 22 : Évolution des taux d’AGS érythrocytaires (ANOVA à 2 facteurs) ... 220

Figure 109 : Évolution des teneurs érythrocytaires en AGMI et AGS ... 220

Figure 110 : Évolution des teneurs érythrocytaires en AGMI et AGS selon le régime et la période ... 221

Figure 111 : Corrélations entre DHA érythrocytaire et paramètres de dyslipidémie ... 221

Figure 112 : Étude du glutathion sanguin au terme du programme nutritionnel ... 223

Figure 113 : Influence des AGPI sur le statut redox érythrocytaire... 224

Figure 114 : Évolution de la motivation des souris au long des répétitions du test du Y ... 225

Tableau 23 : Évolution de la mémoire spatiale des souris âgées de 9 à 15 mois (ANOVA à 2 facteurs) ... 226

Figure 115 : Évolution de la mémoire spatiale durant le programme nutritionnel ... 227

Figure 116 : Évolution de la mémoire spatiale selon la période ... 227

Figure 117 : Évolution de la mémoire spatiale durant le programme nutritionnel ... 228

Tableau 24 : Évolution de la mémoire spatiale des souris âgées de 6 à 12 mois (ANOVA à 2 facteurs) ... 228

Figure 118 : Influence des régimes sur la mémoire spatiale après 12 semaines ... 229

Figure 119 : Influence des taux d’AGPI sur la mémoire spatiale après 12 semaines ... 230

Figure 120 : Influence des taux d’AGPI sur la mémoire spatiale après 12 semaines ... 231

Tableau 25 : Effets du stress amyloïde sur la mémoire spatiale des souris (ANOVA à 2 facteurs) ... 233

Figure 121 : Influence des régimes sur la mémoire spatiale après injection ... 233

Figure 122 : Influence des régimes sur la sensibilité au stress amyloïde (mémoire spatiale) ... 234

Figure 123 : Influence des régimes sur la mémoire spatiale des souris exposées à Aβ ... 235

Tableau 26 : Effets du stress amyloïde sur les capacités d’apprentissage des souris (ANOVA à 2 facteurs) ... 236

Figure 124 : Influence des régimes sur les capacités d’apprentissage (profils) ... 237

Figure 125 : Influence des régimes sur les capacités d’apprentissage (latences cumulées) ... 237

Figure 126 : Influence des régimes sur la sensibilité au stress amyloïde (apprentissage) ... 238

Figure 127 : Influence des régimes sur l’apprentissage des souris exposées à Aβ ... 238

Tableau 27 : Effets du stress amyloïde sur la mémoire à long terme des souris (ANOVA à 2 facteurs)... 239

Figure 128 : Influence des régimes sur la mémoire à long terme ... 240

Figure 129 : Influence des régimes sur la sensibilité au stress amyloïde (mémoire à long terme) ... 241

Figure 130 : Influence des régimes sur la mémoire à long terme des souris exposées à Aβ ... 241

Figure 131 : Corrélations entre les capacités des différentes formes de mémoire ... 242

Tableau 28 : Effets des régimes sur les taux d’acides gras cérébraux (ANOVA à 2 facteurs) ... 243

Figure 132 : Influence des régimes sur les teneurs en AGPI dans l’hippocampe des souris ... 244

Figure 133 : Comparaison des effets des régimes sur les AGPI des divers tissus testés ... 245

Figure 134 : Corrélations entre les ratios d’AGPI érythrocytaires et cérébraux ... 245

Figure 135 : Corrélations entre les AGPI dans l’hippocampe et la mémoire à long terme ... 246

Figure 136 : Étude par immunoblot des protéines synaptiques de l’hippocampe (analyse sélective)... 248

Figure 137 : Effets des régimes sur les protéines synaptiques de l’hippocampe (analyse sélective) ... 248

Tableau 29 : Analyse systématique des protéines synaptiques cérébrales (ANOVA à 2 facteurs) ... 249

Figure 138 : Effets des régimes sur les protéines synaptiques (analyse systématique) ... 250

Figure 139 : Relations entre protéines synaptiques de l’hippocampe et capacités mnésiques... 251

Figure 140 : Relations entre AGPI et protéines synaptiques dans l’hippocampe ... 252

ABRÉVIATIONS

αCTF Fragment C-terminal C83

AAC Angiopathie amyloïde cérébrale

ACAT Acyl-CoA cholestérol acyltransférase

ACE Enzyme de conversion de l’angiotensine

AG Acide gras

AGE Advanced glycation end-products

AGI Acide gras insaturé

AGMI Acide gras mono-insaturé

AGPI Acide gras polyinsaturé

AGPI-lc AGPI à longue chaine

AGS Acide gras saturé

AICD Domaine intracellulaire de l’APP

AINS Anti-inflammatoire non stéroïdien

AKT Protéine kinase B

ALA Acide α-linolénique

AMPA α-Amino-3-hydroxy-5-méthylisol-4-propionate

AMPc AMP cyclique

ANOVA Analyse de la variance

ApoE Apolipoprotéine E

APP Protéine précurseur de l’amyloïde

APPswe Mutation Swedish de la protéine APP

ARA Acide arachidonique

ARE Antioxidant responsive element

ATP Adénosine triphosphate

AV Alcool vanillique

Aβ Peptide β-amyloïde

AβOs Oligomère soluble de peptide Aβ

BACE Enzyme de clivage du site β d'APP

BDNF Brain-Derived Neurotrophic Factor

BHE Barrière hémato-encéphalique

Chol-HDL Cholestérol-lipoprotéine de haute densité Chol-LDL Cholestérol-lipoprotéine de faible densité

COX Cyclooxygénase

CPG Chromatographie en phase gazeuse

cPLA 2 Phospholipase A 2 cytosolique

CREB cAMP response element-binding protein

DAG Diacylglycérol

DHA Acide docosahexaénoïque

DHA-EE Ester éthylique de DHA

DHA-VE Ester vanillique de DHA

DMEM Milieu de Eagle modifié par Dulbecco

DMSO Diméthylsulfoxyde

DNF Dégénérescence neurofibrillaire

DPA Acide docosapentaénoïque

EDTA Acide éthylène diamine tétraacétique

EE Ester éthylique

EGCG Epigallocatéchinegallate

ELISA Enzyme-linked immunosorbent assay

EPA Acide eicosapentaénoïque

EpRE Electrophile response element

ERK Extracellular signal-regulated kinase

ERO Espèces réactives de l’oxygène

γGCS γ-Glutamyl cystéine synthétase

GABA Acide gamma-aminobutyrique

GPDH Glycérol 3-phosphate déshydrogénase

GPI Glycosylphosphatidylinositol

GPx Glutathion peroxydase

GR Glutathion réductase

GRX2 Glutarédoxines

GSH Glutathion

GSH Glutathion réduit

GSK3 Glycogen synthase kinase-3

GSSG Glutathion oxydé

H 2 O 2 Peroxyde d’hydrogène

HEK Human Embryonic Kidney

HMG-CoA 3-Hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A

HMGCR HMG-CoA réductase

HPLC Chromatographie en phase liquide à haute

performance

ICV Injection intracérébroventriculaire

IDE Enzyme de dégradation de l’insuline

IL6 Interleukine-6

IMC Indice de masse corporelle

iPLA 2 PLA 2 indépendante du Ca ²⁺

IRM Imagerie par résonance magnétique

IRMf IRM fonctionnelle

JNK1/2 c-Jun N-terminal kinase 1 et 2

LA Acide linoléique

LCR Liquide céphalorachidien

LDL Lipoprotéine de basse densité

LOX Lipoxygénase

LRP LDL receptor-related protein

LTD Dépression synaptique à long terme

LTP Potentialisation à long terme LXR Liver X receptor

MA Maladie d’Alzheimer

MAG Monoacylglycérol

MAO Monoamine oxydases

MAP Microtubule associated protein

MAPK Mitogene activated protein kinase

MCI Mild Cognitive Impairment

MMSE Mini Mental State Examination

MP Maladie Parkinson

MβCD Méthyl-β-cyclodextrine

NADPH Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate

NF-κB Nuclear factor-kappa B

NGF Nerve growth factor

NMDA N-Méthyl-D-Aspartate

NO Oxyde nitrique

NPD1 Neuroprotectine D1

O 2 ▪−

Radical (ou anion) superoxyde

OA Acide oléique

ox-LDL LDL oxydées

P53 Tumor protein 53

PA Acide palmitique

PBS Tampon phosphate salin

PC Phosphatidylcholine

PCB Biphényles polychlorés

PE Phosphatidyléthanolamine

Pen 2 Presenilin enhancer 2

PGPX Glutathion peroxydase des hydroperoxides de

phospholipides PHF Paired helical filament

PI Phosphatidylinositol

PI3K PI3-kinase

pKA Proteine kinase A

PKB Protéine kinase B

PL Phospholipide

PLA 2 Phospholipase A 2

PMSF Fluorure de phénylméthylsulfonyle

POP Polluants organiques persistants

PPAR Peroxisome proliferator-activated receptor

PP-O• Radical aryloxyle

PrP ^C Protéine du prion cellulaire

PRX Peroxyrédoxines

PS Phosphatidylsérine

PSD-95 Post-synaptic density-95

PVDF Difluorure de polyvinylidène

R• Radical

RAGE Récepteur aux AGE

RAR Retinoic acid receptor

RE Réticulum endoplasmique

RXR Retinoid X receptor

s-APPα APPα soluble

SA Acide stéarique

SDS Dodécylsulfate de sodium

SM Sphingomyéline

SMase Sphingomyélinase

SNAP25 Synaptosomal-associated protein 25

SNARE Soluble N-éthylmaleimide-sensitive-factor attachment

protein receptor

SNC Système nerveux central

SOD Superoxyde dismutase

SorLA/LR11 Récepteur lié à la sortiline

sPLA2 PLA 2 sécrétée

SVF Sérum de veau fœtal

TAG Triacylglycérol

TEP Tomographie par émission de positons

TG Triglycéride

TNF-α Facteur de nécrose tumoral alpha

TrkB Tyrosine kinase B (tropomyosin-related kinase B)

TRX2 Thiorédoxine

TRXR2 Thiorédoxine réductase

VLDL Lipoprotéine de très basse densité

AVANT-PROPOS

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’études réalisées au sein du laboratoire Lipidomix, visant à étudier l’effet de composés alimentaires capables de prévenir le vieillissement cérébral et les maladies neurodégénératives par des expérimentations menées in vitro sur des modèles cellulaires et in vivo sur une souris modèle de stade précoce de maladie d’Alzheimer.

Ce manuscrit comprend deux chapitres principaux en plus des parties habituelles.

1. La situation du sujet. Proposé en introduction, ce chapitre a été divisé en trois parties. La première partie est consacrée à la problématique complexe du vieillissement cérébral et précise les éléments qui conduisent au déclin cognitif et plus particulièrement à la maladie d'Alzheimer.

L’influence de facteurs nutritionnels y est plus particulièrement développée. La deuxième partie s’intéresse aux lipides alimentaires (cholestérol et acides gras polyinsaturés ou AGPI n-3), identifiés comme des composés dont l’apport est susceptible d’influer sur le développement de la maladie d’Alzheimer. Enfin, la troisième partie est focalisée sur les polyphénols, molécules naturelles d’origine végétale et qui sont douées d’activités biologiques d’intérêt thérapeutique.

2. Les résultats. Ce chapitre se compose globalement de 2 parties. La première partie décrit la stratégie expérimentale et les résultats de travaux réalisés in vivo pour étudier les effets d’une supplémentation alimentaire en acide docosahexaénoïque (DHA ; C22:6 n-3) chez une souris modèle de la maladie d’Alzheimer. Cette partie aborde aussi l’étude des propriétés neuroprotectrices in vitro d’une molécule originale, l’ester vanillique de DHA, ainsi que les premiers résultats après supplémentation nutritionnelle chez la souris. La seconde partie relate en détail une étude sur les effets d’AGPI n-3 extraits d’huile de poisson contre le vieillissement cérébral et le déclin cognitif normal, ainsi qu’en conditions de stress amyloïde. Cette partie présente également l’intérêt de cette supplémentation sur la dyslipidémie et les effets délétères d’un régime enrichi en lipides (acides gras saturés et cholestérol) sur le déclin cognitif normal et le vieillissement accéléré par exposition au peptide β-amyloïde, l’agent neurotoxique central de la maladie d’Alzheimer.

Ce mémoire de thèse est le résultat d'un travail de recherche visant à évaluer l’effet bénéfique d’une

approche préventive nutritionnelle d’intérêt permettant de préserver les fonctions cérébrales et retarder

le déclin cognitif lié au vieillissement normal ainsi que l’apparition de la maladie d’Alzheimer. Ce

travail représente une étape importante pour mieux comprendre les propriétés neuroprotectrices des

acides gras polyinsaturés oméga-3 et progresser vers le développement d’approches nutritionnelles qui

puissent permettre de prévenir ou retarder la survenue de syndromes liés au vieillissement, la maladie

d’Alzheimer en particulier.

INTRODUCTION GÉNÉRALE

Les populations occidentales bénéficient d’un allongement de la durée de vie dont l’avantage réel est très directement lié à l’impression de bien-être des personnes âgées, dépendant elle-même de la durée de vie sans pathologie lourde ou invalidante. Ainsi, en France, l’INSEE a rapporté en 2010 une espérance de vie toujours en croissance, atteignant désormais 84,8 ans pour les femmes et 78,1 ans pour les hommes. En dix ans, l’espérance de vie a ainsi progressé respectivement de 2,9 et 2 ans pour les hommes et les femmes. Parallèlement, l'espérance de vie sans incapacité de cette même population a même plutôt tendance à reculer selon les derniers chiffres publiés par Eurostat, passant de 64,6 et 62,7 ans en 2008 à 63,5 et 61,9 ans en 2010 pour les femmes et les hommes respectivement. L’analyse de ces données statistiques interroge sur l’intérêt réel de bénéficier d’une espérance de vie à la naissance qui s'allonge, alors que la qualité de vie se dégrade, en raison notamment de l’augmentation des maladies chroniques liées au vieillissement, parmi lesquelles les cancers, le diabète ainsi que les maladies cardiovasculaires et neurodégénératives. Cette situation impose à notre société un problème de santé publique d’une extrême acuité, nécessitant notamment des budgets de plus en plus lourds pour résoudre l’équation médicale, sociale et financière permettant de répondre à une demande de soins croissante et de faire face à ce fameux 5 ^e risque, celui de la dépendance.

La maladie d’Alzheimer (MA), l’une des principales maladies associées au vieillissement, est une démence progressive qui se manifeste dans ses stades précoces par l’incapacité de former de nouveaux souvenirs. La prévalence actuelle de cette pathologie, déjà élevée, ne peut qu’augmenter puisque l’âge est le principal facteur de risque et qu’aucune solution thérapeutique réellement efficace n’a encore été validée pour préserver ou restaurer les capacités cognitives. Ce syndrome semble débuter au niveau de l’hippocampe par un dysfonctionnement synaptique discret précédant la mort neuronale par apoptose.

Les bases moléculaires de cette spécificité sont encore imprécises et les connaissances fondamentales

doivent encore être améliorées avant de disposer des traitements appropriés. Toutefois, un large

consensus semble aujourd’hui considérer que la perte synaptique dans la MA résulte, au moins lors des

stades précoces, de mécanismes cytotoxiques initiés par le peptide β-amyloïde (Aβ) sous la forme

d’oligomères solubles dès son interaction avec la membrane neuronale. C’est ainsi que ces oligomères

ont été incriminés dans la toxicité régiospécifique vis-à-vis des neurones de la région CA 1 de

l’hippocampe impliquée dans les fonctions cognitives. De nombreux arguments suggèrent que les

mécanismes physiopathologiques à l’origine de MA puissent être activés bien avant l’apparition des

premiers symptômes cliniques et il semble évident que des mesures préventives doivent pouvoir être

préconisées durant cette large fenêtre asymptomatique, à l’instar de ce qui existe pour prévenir les

maladies cardiovasculaires. Celles-ci partagent d’ailleurs de nombreux facteurs de risque communs avec la maladie d’Alzheimer, notamment les paramètres nutritionnels dont le rôle déterminant dans les processus de vieillissement a été souligné par nombreuses études.

Les lipides sont des molécules importantes pour les fonctions cellulaires. Ils sont présents en grandes concentrations dans le système nerveux central où ils assurent des fonctions structurales, biochimiques, et de signalisation cellulaire. La préservation des activités cellulaires normales nécessite le maintien d’une homéostasie lipidique modulable selon l’environnement, l’individu, le terrain génétique et l’âge. Les dyslipidémies correspondent à des situations dans lesquelles cette homéostasie est perturbée, ce qui peut être détecté au travers des profils altérés des lipides et lipoprotéines circulants.

Par exemple, la dyslipidémie, qui chez l’homme se traduit principalement par une élévation de la

cholestérolémie et de la triglycéridémie, est fréquemment associée à l’obésité. Depuis plusieurs

décennies, l’alimentation occidentale connaît un déséquilibre croissant des apports entre les deux

grandes familles d’acides gras polyinsaturés n-6 et n-3. Cette évolution des habitudes alimentaires

provoque une diminution de la disponibilité tissulaire des dérivés de la série n-3, en particulier de l'acide

docosahexaénoïque, dont les propriétés globalement anti-inflammatoires se distinguent des acides gras

de type n-6 précurseurs de l’inflammation. Ce déséquilibre a été directement corrélé à l’augmentation

du risque de survenue de pathologies liées au vieillissement, notamment la MA, puisque les patients

atteints de cette maladie semblent montrer des taux inférieurs en acide docosahexaénoïque (DHA) dans

le plasma comme dans les tissus cérébraux où il représente normalement l’acide gras polyinsaturé

majoritaire. Ceci consolide les conclusions des études épidémiologiques sur les populations humaines

consommant des poissons gras riches en acides gras n-3 et montrant un risque réduit de démence. Les

expérimentations animales montrent par ailleurs la possibilité d’enrichir les membranes neuronales en

DHA en réponse à un régime alimentaire supplémenté en cet acide gras ou en huiles de poisson, ce qui

pourrait s’avérer d’une efficacité prometteuse contre cette maladie. Sur la base des propriétés

neuroprotectrices du DHA largement documentées, des études cliniques ont testé la possibilité de traiter

la MA par des interventions nutritionnelles, mais les résultats ont été globalement négatifs. Si l’on peut

supposer que le DHA participe à l’organisation d’une membrane neuronale pleinement fonctionnelle et

moins sensible à l’impact des oligomères Aβ, il est probable que ce genre d’effet devienne impossible

dans un neurone âgé déjà altéré par le vieillissement. Ceci suggère que le DHA puisse devenir un

nutriment dont la consommation doive être recommandée dans le but de préserver un fonctionnement

cérébral optimal et de prévenir l’apparition des troubles cognitifs liés à l’âge. Mais la recherche doit

encore progresser pour identifier les mécanismes sur lesquels repose l’effet neuroprotecteur du DHA et

ainsi optimiser une approche préventive encore bien trop empirique, souvent basée sur de simples

allégations. De nombreuses preuves expérimentales existent, mais d’autres restent à apporter.

SITUATION DU SUJET

A. Vieillissement cérébral normal ou pathologique

Le vieillissement rapide de la population, en particulier dans les pays industriels, et le bond remarquable de l’espérance de vie ces dernières décennies ont entrainé une prise de conscience de l’importance de ce problème. En effet, depuis 1950, la proportion mondiale de personnes âgées augmente de manière constante : elle est passée de 8% en 1950 à 11% en 2009 et, selon les prévisions, devrait atteindre 22% en 2050. En 2000, on comptait 600 millions de personnes âgées de 60 ans et plus dans le monde, soit le triple par rapport à 1950. En 2009, les personnes âgées étaient plus de 700 millions. En 2050, on estime qu’elles seront 2 milliards, soit un nouveau triplement en 50 ans. Au niveau mondial, le nombre de personnes âgées augmente de 2% par an, nettement plus rapidement que la population globale qui croît à un taux annuel de 1,2%. Cette tendance devrait persister au moins jusqu’en 2050 (World Population Ageing 1950-2050). La proportion de personnes âgées dans les pays industriels augmente avec une pente sûrement plus élevée. Ainsi, dans l’Union Européenne, elle est passée de 16% en 2000 à 17% en 2010 et, selon les prévisions, devrait atteindre 29% en 2050 (Lutz & K C, 2010). En France métropolitaine, alors que 21 % de la population résidente avait 60 ans ou plus en 2007, cette proportion serait de 31 % en 2035 et de 32 % en 2060, et le nombre de personnes âgées de 60 ans et plus augmenterait de 10,4 millions entre 2007 et 2060. En 2060, 23,6 millions de personnes seraient ainsi âgées de 60 ans ou plus, soit une hausse de 80 % en 53 ans. L’augmentation est la plus forte pour les plus âgés : le nombre de personnes de 75 ans ou plus passerait de 5,2 millions en 2007 à 11,9 millions en 2060 ; celui des 85 ans et plus de 1,3 à 5,4 millions (Blanpain & Chardon, Insee, 2010).

1. Définition et aspects biologiques

L’apparition de certaines maladies fréquentes chez les personnes âgées est souvent associée au processus de vieillissement lui-même, imposant une image très inquiétante de la dernière période de la vie. Ces dernières années, la recherche sur le vieillissement et le contrôle de la longévité ont connu un grand intérêt, en raison des nombreuses questions de santé publique et de la pression socioéconomique qui résultent de cette situation. La Figure 1 montre une augmentation importante du nombre de publications parues depuis 1985 dans des journaux à facteur d’impact élevé, reflétant l’importance accordée aux études destinées à mieux comprendre ce phénomène.

Les progrès de la science permettent de bien distinguer le vieillissement physiologique du vieillissement pathologique. Rowe & Kahn (1997) ont distingué trois types de vieillissement.

• Le vieillissement pathologique est corrélé à un taux supérieur de morbidité en raison d’une

susceptibilité accrue vis-à-vis de diverses maladies ou handicaps susceptibles de menacer l’autonomie

de la personne âgée : troubles locomoteurs, troubles sensoriels, dépression, démences, affections

cardiovasculaires, etc. Ce type de vieillissement est fréquemment aggravé par l’état de dénutrition.

Figure 1 : Augmentation du nombre de publications parues depuis 1985 (d’après Martin, 2011)

Facteurs d’augmentation (par rapport à l’année 1985) des publications référencées sur PubMed sous le mot clé

« vieillissement » (Aging), considérant les revues à facteur d’impact élevé (Science, Nature, Cell, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, et FASEB Journal, ligne en trait plein rouge) ou toutes les revues sans distinction (ligne pointillée rouge). À titre comparatif, une recherche simultanée a été faite sur un autre mot clé

« Anomalies congénitales » (Congenital abnormalities) selon le même principe. Le nombre d’articles publiés sur le vieillissement dans les journaux à facteur d’impact élevé a crû de façon très supérieure à celui dans toutes les revues de PubMed. De même, le nombre d’articles sur le vieillissement a été significativement augmenté depuis 1985, alors qu’il reste globalement constant depuis le début des années 1990 sur les anomalies congénitales.

Figure 2 : Représentation des trois modes de vieillissement fonctionnel (d’après Trivalle, 2004)

Vieillissement réussi, avec une absence ou une atteinte minime des fonctions physiologiques et une absence

de pathologie. Vieillissement normal (ou habituel), avec des atteintes considérées comme physiologiques,

liées à l’âge, mais sans pathologie bien définie. Vieillissement pathologique, avec des maladies évolutives ou complexes, associées à un handicap et responsables le plus souvent d’un état de dépendance.

• Le vieillissement habituel est un syndrome de fragilité déterminé par les processus de vieillissement physiologique intrinsèque, principalement gouverné par des aspects génétiques, avec une association élevée aux risques (Figure 2). Il s’agit d’une réduction des réserves adaptatives qui peut induire un déséquilibre en cas de survenue d’un phénomène aigu (Fulop et al., 2010).

• Le vieillissement réussi est lié à une probabilité plus faible de déclencher une maladie. Il se distingue du vieillissement normal par des capacités cognitives et fonctionnelles élevées, rendant possible un engagement actif dans la vie quotidienne. Il s’intègre ainsi dans un contexte plus large de qualité de vie, considérant que l’individu jouit d’une santé préservée, conserve un rôle social significatif et entretient des liens affectifs et relationnels satisfaisants à l’égard de son entourage familial (Lupien & Wan, 2004 ; Buffa et al., 2011). Ce type de vieillissement semble caractérisé par une grande hétérogénéité entre les profils des individus âgés, certainement en raison de la multiplicité des facteurs environnementaux le favorisant.

La problématique du vieillissement intègre donc différents niveaux : biologique, physiologique, morphologique, cellulaire et moléculaire, ainsi que social et psychologique. La distinction entre ces niveaux n’est pas toujours facile, en particulier chez l’homme. Le vieillissement, aussi appelé sénescence, peut se définir par l’ensemble des processus physiologiques et psychologiques complexes, lents, progressifs, inévitables, irréversibles et multifactoriels qui, après la phase de maturité, modifient la structure et les fonctions d’un être vivant sous l’effet du temps. Le vieillissement résulte donc de facteurs génétiques ou intrinsèques et environnementaux ou extrinsèques (Miller & O’Callaghan, 2005 ; Tosato et al., 2007).

Le vieillissement cérébral se traduit par une atteinte progressive des fonctions cognitives, parmi lesquelles un déficit mnésique, notamment de la mémoire spatiale (Klencklen et al., 2012), une diminution des performances intellectuelles (Lee et al., 2005 ; Mell et al., 2005), ainsi qu’un dysfonctionnement du système exécutif (Lai et al., 1995) et attentionnel (Zhou et al., 2011). D’une manière générale, toutes les fonctions cognitives semblent affectées avec une importante variabilité interindividuelle dans la nature et la progression du déclin cognitif lié à l’âge (Ylikoski et al., 1999).

Au cours du vieillissement, le cerveau se modifie à l’échelle macroscopique et microscopique.

DeCarli et al. (2005) ont montré que le cerveau rétrécit de façon marquée avec l’âge. Ce rétrécissement

est accompagné d’un élargissement des sillons et d’une augmentation du volume des ventricules. Quant

à la perte neuronale éventuelle liée au vieillissement, aucune association significative n’a été démontrée

(Dickstein et al., 2007 ; Mora et al., 2007). Par contre, le vieillissement est nettement associé à des

changements régio-spécifiques de la morphologie dendritique, de la physiologie synaptique et des

connexions cellulaires, ainsi qu’à une dérégulation des niveaux cellulaires de Ca ²⁺ et de l’expression des

gènes. Tous ces facteurs contribuent en conséquence à diminuer la plasticité neuronale et à altérer le

réseau de connexions (Burke & Barnes, 2006 ; Bishop et al., 2010). Ainsi, chez les animaux âgés, on

observe une chute significative de concentrations de neuromédiateurs (Mora et al., 2008), de leurs récepteurs et des capacité de liaison de ces récepteurs (Dickstein et al., 2007).

Malgré une espérance de vie très différente selon les organismes, on observe communément avec l’âge une apparition de déficits très divers : diminution de l’élasticité des tissus, des défenses immunitaires, de la force musculaire, de l’efficacité des organes des sens, de la rapidité des réflexes, du contrôle génétique, sans oublier bien entendu la perte de mémoire et l’augmentation des risques de maladies liées à l’âge (ostéoporose, arthrose, diabète de type II, maladies cardiovasculaires, cataracte et dégénérescence musculaire, maladies neurodégénératives, cancer…). Au niveau cellulaire, l’accumulation des protéines modifiées et l’altération des mécanismes d’élimination de ces protéines aboutissent à une diminution progressive des fonctions des organes et mènent au vieillissement. Les lipides subissent aussi une oxydation, la peroxydation, liée à l’âge, ce qui contribue à l’apparition de syndromes pathologiques liés à la rigidification des parois artérielles, au dysfonctionnement des membranes cellulaires ou aux altérations du système nerveux central.

Même si tous les mécanismes responsables du vieillissement ne sont pas encore élucidés, les progrès de la recherche permettent aujourd’hui de mieux comprendre comment certains facteurs peuvent influer sur ce processus. Mais le vieillissement est un phénomène complexe et multifactoriel dont aucun processus biologique unique ne pourrait totalement expliquer l’origine ou les conséquences. Il existe cependant de nombreuses théories explicatives développées au niveau cellulaire et moléculaire et basées sur différentes hypothèses génétiques ou stochastiques (non génétiques).

a. Les hypothèses génétiques

Les liens entre génétique et vieillissement sont étroits. Certains facteurs génétiques semblent en effet capables d’influer sur la durée de vie.

i. La théorie génétique

Plusieurs études ont mis en évidence des relations étroites entre certains facteurs génétiques et le vieillissement. Cette théorie affirme que notre héritage génétique détermine en grande partie le rythme auquel nous vieillissons et l’âge maximum que nous atteindrons. En effet, la manipulation de gènes spécifiques a permis de modifier la longévité chez le nématode Caenorhabditis elegans (Lakowski &

Hekimi, 1996), Drosophila melanogaster (Krishnan et al., 2009 ; Gáliková et al., 2011), et la souris

(Guarente & Kenyon, 2000). L’inactivation de voies de signalisation hormonale dont celle analogue de

l’insuline peut induire un allongement de la vie chez de nombreuses espèces (Tatar et al., 2003). Chez

l’homme, les études menées chez les jumeaux ont évalué que les facteurs génétiques sont responsables

de 30 à 35% des aspects de longévité ; la durée de vie est significativement liée entre jumeaux

monozygotes, davantage qu’entre jumeaux hétérozygotes ou qu’entre frères et sœurs (McGue et al.,

1993). Par ailleurs, l’origine génétique des syndromes de vieillissement prématuré chez l’homme